Предохранительное устройство

 

1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО преимущественно прокатных станов, включающее гибкие элементы , установленные своей образующей параллельно направлению воспринимаемой нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности ,- гибкие элемент) выполнены в .виде ленты, навитой цилиндрической спиралью, вдоль образукщей которой имеются сквозные в радиальном направлении пазы с круговыми отверстиями на их концах. 2. Устройство по п. 1, о тличающееся тем, что оно снабжено кольцами, на кото (/) рые с натягом посажена спираль, причем суммарная высота колец меньше ширины ленты на величину максимального рабочего хода устройства ..

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51) В 21 В 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3687228/22-02 (22) 06.01,84 (46) 30.06.85. Бюл. У 24 (72) Л.И.Бобров, С..Д.Гарцман, Ю.И.Дунаевский, В.Д.Журавский, А.А.Коханюк, Ю.А.Рубанович, А.М.Сорокин, А.Я.Усвят и А.А.Филатов (71) Колпинское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения и Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения (53) 621.771.2.(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 839637, кл. В 21 В 33/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР

9 1011288, кл. В 21 В 33/02, 1981. (54) (57 ) 1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТР0АСТВ0 преимущественно прокатных станов, включающее гибкие элементы, установленные своей образующей параллельно направлению воспринимаемой нагрузки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения нагруэочной способности; гибкие элементы выполнены в .виде ленты, навитой цилиндрической спиралью, вдоль образующей которой имеются сквозные и радиальном направлении пазы с круго» ными отверстиями на их концах.

2. Устройство по п. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено кольцами, на которые с натягом посажена спираль, причем суммарная высота колец меньше ширины ленты на величину максимального рабочего хода устройства.

1163927

Изобретение относится к неразрушающимся средствам защиты от аварийных и динамических нагрузок, преимущественно рабочих клетей прокатных станов. 5

Цель изобретения — повышение нагрузочной способности.

На фиг. 1 показано предохранительное устройство с наружными кольцами — половина вида с полови10 ной вертикального разреза по плоскости симметрии; на фиг. 2 — половина вида сверху с половиной разреза А-А на фиг. 1; на фиг. 3 ваэвертка гибкой ленты с прямоугольными пазами; на фиг. 4 — то же, с пазами в виде узких прорезей, имеющих.на торцах круговые отверстия; на фиг. 5 — устройство с внутренним расположением колец, на которые насажена цилиндрическая спираль; на фиг. б разрез B-Б на фиг. 5; на фиг. 7 график зависимости усилия Р на предохранительное устройство. от величины сближения нагруженных торцов спирали.

Устройство состоит из гибкой ленты 1, установленной своей плоскостью параллельно направлению воспринимаемых внешних сил и навитой в цилиндрическую спираль, свободно спертую торцами 2 и 3, например, на подушку 4 валка и подпятник 5 нажимного устройства. Вдоль образующей цилиндрической спирали выполнены сквозные пазы 6 в радиальном направлении.

Внутренний 7 и наружный 8 концы ленты

1 приклеены, приварены к спирали, либо закреплены эа счет посаженных с 40 натягом колец 9 (фиг. 1, 2), либо—

10 (фиг ° 5, 6). На концах пазов 6, выполнены круговые отверстия 11 радиусом в 10-15 раэ большим толщины ленты. Совместно с лентой 1 вдоль ее 45 торцов и посередине могут быть навиты прокладки 12, толщина которых зависит от наибольшего хода устройства.

На фиг. 5, 6 показан пример навивки спирали пакетом из нескольких лент,50 а также пример расположения призматических стяжек 13, проходящих свободно сквозь отверстия 11.

Устройство работает следующим образом. 55

До тех пор, пока усилие Р, воспринимаемое подушкой 4, и тем. самым, предохранительным устройством, не достигнет величинъ предельно допустимого (верхнего критического ) значения Р, цилиндрическая спираль, свернутая иэ ленты I, сжимается как монолитный блок сечением У(Й -г ), высотой)„(участок а на фиг.7 ) и имеет высокую жесткость С, составляющую (пренебрегая наличием пазов б,и подпирающим влиянием колец 9 или !О)

7i(R -г )Е

Ol— L

) (1) где R, г — наружный и внутренний радиус цилиндрической спирали;

L — ширина ленты (высота устройства);

Š— модуль упругости материала ленты.

Это практически не снижает жесткость клети в целом и обеспечивает высокую точность прокатки. Если усилие в клети достигает значения Р, то лента 1 в цилиндрической спирали теряет устойчивость, выпучивается и далее работает в закритической области деформации на продольный изгиб. Жесткость предохранительного устройства благодаря этому становится близкой к нулю, обеспечивая надежное ограничение аварийных динамических (и статических ) нагрузок в клети. При этом изогнутая по радиусу лента 1 в среднем сечении А-А (фиг. 1) выпрямляется в плоскости, перпендикулярной направлению воспринимаемых сил, эа счет чего Р> падает до Р„ — нижнего критического значения усилия. Наружные 9, либо внутренние 10 кольца, насаженные с натягом, закрепляют спираль от раскручивания, задают однозначное направление выпучивания ленты при потере устойчивости (пунктир на фиг ° 1, 2 и на фиг. 5, 6) и ограничивают максимальный ход предохранительного устройства, равный сближению краев 2 и 2 ленты.

При расположении колец 9 снаружи спирали лента выпучивается внутрь, поэтому пазы 6 (фиг. 3) следует делать более широкими, а при расположении колец 10 изнутри пазы могут быть выполнены минимальной ширины, т.е. в виде прорезей (например, электроискровым методом), однако, во избежание концентрации напряжений у вершин пазов, как показывают расчеты, следует выполнять

3 1!639 круговые отверстия ll (фиг. 4)радиусом порядка (10-15) h (h — толщина ленты).

Для ускорения навивки спирали боль° шого диаметра и учитывая,что ленты некоторых профилеразмеров изготавливаются промьппленностью нЕдостаточной длины, спираль может быть навита пакетом из нескольких лент

m равной толщины h (фиг. 5). При 10 этом из условия упругой деформации каждого такого многослойного витка число m удовлетворяет условию:

m 4(2,5-3)r(„/En (r — внутренний радиус спирали, Е, Ь ) — предел и 15 модуль упругости материала ленты).

После выхода из валков участка раската, вызвавшего перегрузку, лента 1 под действием сил упругости распрямляется, возвращая подушку 4 валка в исходное положение.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом значительно проще в изготовлении и эксплуатации, поскольку его несущий элемент пред- 25 ставляет собой единое целое — витую цилиндрическую спираль. Благо-, даря применению цилиндрической спи рали вместо пакетов из отдельных пластин с плоскими участками нагру- 30 зочная способность устройств существенноно вьппе, а габариты — меньше, чем у соответствующих устройств по прототипу, поэтому их можно применять не только в отдельностоящих, но и в непрерывных группах кле35 тей современных заготовочных, сортовых, полосовых и листовых прокатных станов, в любых машинах и механизмах, нуждающихся в неразрушающихся самовосстанавливающихся.предохранительных устройствах, При требуемом значении максимального усилия Р и хода Хд предохранительного устройства и заданных габаритах: В и L, толщину ленты 4 определим по формуле д= Щ-12) P /TrE(R-V-an), (2) где Я вЂ” коэффициент Пуассона; и — толщина прокладки между вит- 50 ками спирали-; л - число витков спирали.

Внутренний радиус цилиндрической спирали: =()-2 )). 2P12„, (2) где ч„ †. наибольший поперечный прогиб при вы ленты.

27 4

Суммарная толщина прокладок между витками, равная суммарному зазору между витками ленты, составит ьп =(R-) ) (1- соз /)4 ), (<) где о — максимальный угол поворотф сечения ленты при выпучива-.1 нии. При „ 4 1, что соответствует Х /L 4< 0,25;

nba = 21)Х„/). (,Ь)

Требуемый предел упругости для изотропного материала ленты ъ, Е и!2) (v) °

Выражения (2 — (7 ) получены иэ анализа и решения следукпцих уравнений прочности, устойчивости,совместности и упругой закритической деформации цилиндрической спирали.

Как показывают экспериментальные исследования устойчивости тонкостенных цилиндрических оболочек и высокоподъемистых панелей, верхнее критическое напряжение удовлетворительно описывается выражением (r

Б)

-1б " (1+OaoaE/22), "р 3(1-42) „

1,8) где 6 — предел текучести материала.

Для стальной ленты при r /h <10 7

10 с высокими упругими и прочностными свойствами (E 210000 МПа, @ç800 ИПа ) можно с достаточной точностью положить:

E„= E )1/2nv)) S(1- 1 ), (2) пренебрегая с одной стороны подпирающим влиянием соседних слоев ленты в спирали, а с другой — ослабляющим влиянием продольных пазов.

После потери устойчивости спирали усилие Р8 падает до Рп (участок

6 на фиг. 7 ). При дальнейшем сближении спертых торцов 2 и 3 спираль переходит к новой форме равновесия (участок 8 на фиг. 7) с жесткостью близкой к нулевой. В закритической области деформации напряженное состояние ленты описывается двумя главными напряжениями b, b в двух вэа1163927 имно йерпендикулярных плоскостях.

Наибольшего значения по модулю достигает у торцов ленты и посередине ее высоты ). и составляет при прогибе и соответствующем ему усилии P (в частности, наибольшему значению у соотзетствует усилие P<)

6„-5P ji7n1 (R ") . (<>)

Наибольшее значение 6 очевидно на внутреннем витке спирали при наименьшем r =r

М

62= E) /Ь" (М)

Соотношение между P, P можно представить, как и в прототипе в . виде (c погрешностью не более 27 при 1,0«< P/P> 1 c1,15, или О ñХ/ЬÑ

4 0,25);

/7ГР, (, 1 причем формула для Р> в данном случае имеет вид, Рн= п Е(Я+г) /З(1-4 )L . (18)

Связь между о, х и у (в удобном для анализа виде ) найдем из

Лежандровых эллиптических интегралов, описывающих точные геометрические зависимости искривленных пластин и лент. Как показал числен. ный анализ при Х/)„(0,25 (о(.41) с ошибкой менее 17 о =2 х/ L, (И (1<) и с ошибкой не более 4Е

Y =Ax: х /Tl . (f5I

Условие совместности деформаций при искривлении витков ленты в закритической области, очевидно, имеет вид:

dn=(co5 "о(- )(1х-v-dn) . (16)

Приравняв выражения (12 ) и (,15)

Э дифференцируя по х и полагая х /4 L бесконечно малой по сравнению с . x/L, получим выражение для жест. кости предохранительного устройства на участке Ь (фиг. 7) с)Р 2х 2

С = =Р,IL 1- 1- — о,г - —, (и) ,1х н/

2L причем наибольшего значения С достигает при к = ХА.

Подставляя выражение (13) з (17) с учетом (1) после упрощений получим, например, при x/L=0,1, д =0,3 !

С8 «2 — С

Отсюда видно, что даже при наи25 1меньших значениях I„/k=100-400 Са=(10—

-4

--10 )С,а при, LIЬ > 400 становится

) еще меньше. Таким образом, можно на участке Ь (в закритической области) полагать: Сз=О, P=P„=const.

Искомые значения h, r, 5, n,d>, согласно выражениям (2 )-(7) получены иэ уравнений (9 )-(11), (,13) - (16 ) при х=хд, у=у, k Kp, 35 о1= 2.= у

Как показывают расчеты, предлагаемые устройства обеспечивают передачу в 4-5 раз боЛьшей предельной нагрузки, либо при заданной нагрузке

40 иМеют в 4-5 раз меньше габариты,,что позволяет применить их не только для защиты отдельно стоящих, но и для непрерывных групп клетей современных высокоскоростных станов горя45 чей прокатки.

1163927

1163927